JPS63222531A - コヒ−レント光通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 変調された信号光と局部発振光（以下、局発光ともいう
）とを合成してヘテロダイン検波するに際し、中間周波
信号のゆらぎに応じて局発光の周波数が依存するパラメ
ータをフィードバックするようにしたコヒーレント光通
信方式にあっては、狭線幅化及び周波数安定化が要求さ
れる局部発振器に通常の半導体レーずを使用することが
可能である。

Ｌｌ」」口Ｕ１乱１ 本発明は、コヒーレント光通信における中間周波数の安
定化に関する。

近年、光通信の分野においては、光の周波数使用効率の
向上及び変ＷＡ速度の高速化等の要請から、光の周波数
あるいは位相を制御するにうにしたコヒーレント光通信
方式の研究が活発化している。

］ヒーレント光通信システムとしては、発振周波数が安
定し【おり且つスペクトル純度の＾い搬送光を、直接あ
るいは外部変ｗＡ器により例えば周波数変調して信号光
を形成し、受信側でこの信号光についてヘテ［１ダイン
検波を行なって、もとの情報を復元するようにしたもの
が提案されている。

ヘテロダイン検波では、光カプラ等により合成された信
号光及び局発光を、非線形特性を有する受光素子で受光
する際に、ムとの情報は、信号光の周波数と局発光の周
波数との差の周波数を有するビート信号（中間周波数）
として電気的に取出される。こ９ように、コヒーレント
光通信シスｊムにおいては、光の干渉性を利用した検波
方式を採用しているので、局発光の光源としては、発振
スペクトルが単一波長であり、且つそのスペクトル線幅
が狭いものだけが使用できるとされていた二従来の技術 一般に半導体レーザは小型であり、光通信に適した光源
であるということができるが、気体レー１１や固体レー
デと比較Ｊると、発光体の利得スペクトルが非常に広い
ので多軸モードで発振し易く、また発揚スペクトルの線
幅が広いので、そのままでは］ヒーレント光通信用の光
源として使用するのが困難であるとされている。このた
め、従来は下記の手法により半導体レーザを単一軸モー
ド発振化さＵることが提案されている。

（１）利得スペクトル幅を狭くする。

（２）発振軸モード間隔を広くす゛る。

（３）レーザの基本構成要素である共振器に波長選択性
を付与する。

これらのうち、共振器に波長選択性を付与する方法は、
共振器の反射鏡部に波長選択性を付与したＤＩ−１３−
ＬＤ（分布帰還形半導体レーザ）ヤ１）１３Ｒ−Ｌ、Ｄ
（分布ブラッグ反射形半棉体レーザ）として実用の域に
達している。

一方、単一軸モード化された発振スペクトルの線幅を狭
さく化する技術としては、半導体レーザに外部共ｉ器を
付加したものや、発振周波数をノイードバック制御する
ようにしたものが提案されてい１φ。これらの技術につ
いて１３図及び第４図を用いて説明する。

第３図は半導体レーザに外部共ｉ器を付加した例を示す
ものである。１は片面に反射鏡部１ａが形成された半導
体レーザであり、この半導体レーザ１からの光は、反射
鏡部１ａ、レンズ４、及び外部反射１１３を構成要素と
する外部共振器２内で共振して、レンズ５により取出さ
れる。外部反射鏡３としては可変格子定数型の回折格子
及び通常の平面鏡等が用いられる。このような構成によ
れば、光共娠器長が長くなり、共振器としてのＱ値が増
大して発振スペクトルの線幅が狭さく化される。

第４図は発振周波数をフィードバック１１１制御するよ
うにした例を示すものである。６は所定波長の光を出力
する通常の半導体レーザ、１０は半導体レーザ６の一方
の出力光軸上に配置される受光器である。７．９は当該
光軸上の共焦点位置に設置ノられるレンズ系であり、半
導体レーザ６の出力光をコリメートした後に受光器１０
に結合する。レンズ系７．９間には、所定の中心周波数
において最大の透過光強度となり周波数が該中心周波数
からずれるに従って透過光強度が徐々に減少するような
透過特性を有するファブリペロ・エタロン８が配設され
ている。１１は半導体レーザ６の駆動電流制御回路であ
り、この駆動電流１１．ＩＩ　ａ１１回路１１は、受光
ＰＪＩＯの受光強度に応じた出力信号が一定に保たれる
ように、半導体レーザ６の駆動電流をフィードバック制
御する。

このような構成において、ファブリペロ・エタロン８の
中心周波数を半導体レーザ６の発振周波数の近傍に設定
しておくと、半導体レーザ６の発振周波数が変動した場
合に、ファブリペロ・エタロン８の透過光特性により、
受光器１０の出力信号が減少または増大し、これに応じ
て半導体レーザ６の駆動電流が加減されて、発振周波数
の変動が抑制される。一般に半導体レー１１では、Ｍ子
過程の不均一性に起因して、つまり例えば活性層に注入
されるキャリア密度の変動に伴う屈折率の不均一性等に
起因して発振周波数が変動し、見掛は上発振スペクトル
の線幅が拡がっているものであるが、上述した理由によ
り当該変動が抑制されるので、線幅が狭さく化される。

発明が　決しようとする問題点 しかし、第３図に示される従来例にあっては外部具振器
２をイ」加するために、また第４図に示される従来例に
あってはファブリペロ・エタロン８等の光学系を必要ど
するために、鉤従来例ともに装置が大型化するという問
題があった。また、一般にレーザ発振器の発振周波数は
共振器長に依存するものであるが、第３図における外部
共振器２の長さを号ブミク１コン精度で管理または制御
して発振周波数を安定化することは実用上極めて困難で
ある。

尚、発振スペクトル線幅の狭さく化が不十分な半導体レ
ーザをコヒーレント光通信システムの局部発振器として
使用すると、信号光との干渉により得られる中間周波信
号が不安定となり、受信感度が低下するという問題があ
る。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、そ
の目的は、大型な局部発揚器を用いることなく、＾い受
信感度を得ることのできるコヒーレント光通信方式を提
供することにある。

１１１Ｗを解゛１するための二　′ 本発明は、従来技術において半導体レー１ｆに外部共振
器を付加したり半導体レーザの出力光を用いたフィード
バック制御を行なうといったように、光源にだけなんら
かの連灯をして、発振スペクトル線幅の狭さく化を計り
受信＠度を向上させるといった概念を脱却して、システ
ム全体として問題解決に臨んだものである。即ち、ヘテ
ロダイン検波に際して、局発光におけるスペクトル線幅
の狭さく化が不十分であると、信号光との干渉により得
られる本来極めて安定な中間周波信号がゆらぎ、この現
象は局発光のスペクトル線幅の拡がりに対応しているも
のであるので、この事実に看しｌｌ１ｔ’ると、中門周
波数のゆらぎにもとづいて局発光の周波数を制“御する
ことにより、結果として中門周波数を安定化することが
できることになる。

そこで本発明は、変調された信号光と局発光とを合成し
て受光器に入射させ中間周波信号に変換するに際し、前
記中間周波信号のゆらぎを検出して、この検出信号にも
とづいて当該局発光の周波数が依存するパラメータをフ
ィードバック制御するようにした１ヒ一レント光通信方
式を提供する。

！ 本発明で中間周波信号のゆらぎを検出しているのは、こ
れにより間接的に局発光のスペクトル線幅の拡がりを検
出するためである。局発光のスペクトル線幅の拡がりは
、その大部分が発振周波数の変動に起因するものである
ので、これを中間周波信号のゆらぎにもとづいてフィー
ドバック制御Ｊることにより、局発光のスペクトル線幅
が狭さく化され、その結果中間周波数が安定する。尚、
この説明は信号光を形成する搬送光の周波数が極めて安
定していることを前提としたものであるが、本発明はこ
の前提により限定されるものではない。

叩ら、搬送光が不安定な場合には、信号光、局発光共に
線幅が拡くなっており、この場合には局発光だけの線幅
が拡くなっているとぎよりも中間周波信りが大きくゆら
ぐものであるが、中間周波信号のゆらぎにもとづいて同
様の制御を行なうことにより、中間周波信号の安定化が
計られる。このとき、局発光の周波数の制御は、信号光
の周波数の変動を打消すようになされるので、必ずしも
局発光が狭さく化されるわけではない。

友−亙−１ 以下、本発明の望ましい実施例について図面にもとづい
て詳細に説明する。

第１図は本発明を適用して構成されるコヒーレント光通
信システムのブロック構成図である。１３は伝達すべぎ
ベースバンド信号で通常の角度変調をされた信号光を出
力する送信光源であり、この送信光源１３からの信号光
は、伝送路としての光ファイバ１４を介して九カブラ１
５に入力される。光カプラ１５にはまた局部発振器２１
からの局発光が光ファイバ２２を介して入力されており
、光ｊｊブラ１５において合成された信号光及び局発光
は、光ファイバ１６を介して受光器１７に入力される。

受光器１７は非線形特性、例えば八射光強度（振幅）の
２乗と出力電流が概略比例するような特性を右している
。このため信号光及び局発光の偏波面が概略一致してい
れば、合成光を光電変換する際に、互いの周波数の差の
周波数を有する中間周波信号が直流成分に重畳されて出
力されることになる。この中間周波信号は復調回路１８
によりもとのベースバンド信号に復元される。受光器１
７の受光面における信号光及び局発光の偏波面を一致さ
せるためには、光ファイバ１４．１６゜２２として偏波
面保存ファイバを使用し、送信光源１３、光カプラ１５
、及び局部発振Ｐｌ！２１の固有偏波面が一致するよう
に設定するか、あるいは偏波面保存ファイバに代えて通
常のシングルモード光ファイバを使用して、図示しない
偏波検出手段の検知信号にもとづいて、光カプラ１５に
入力させる信号光及び局発光のどちらか一方の偏波面が
他方の偏波面と一致するように＆ｌＪ御するようにすれ
ばよい。

１９は中間周波信号が入りされる周波数弁別器であり、
この周波数弁別器１９は、入力信号の周波数に比例した
例えばミル信号を局ｆｇ１発振周波数制御回路２０に送
る。局部発振周波数制御回路２０は、中間周波数の変動
に応じた、即ち中間周波信号のスペクトル線幅に応じた
帯［（例えば数１０ＨＩｌｚ）の増幅器を用いて構成さ
れ、局部発振器を構成する半導体レーザの駆動電流をフ
ィードバック制御する。この制御回路は通常のＡＦＣ回
路と同様の思想により構成することができるので、その
詳細な説明は省略する。

いま、送信光源１３及び局部発振器２１として通常の半
導体レーザ、例えば外ｔＪ５変ＩＩ等を付加していない
ＤＦＢ−ＬＤを用いているとすると、これらの発振スペ
クトル線幅に応じて、中間周波信号がゆらぐ。第２図は
この様子を模式的に示したものである。Ａは信号光及び
同発光に変調成分以外の変動がないとした場合に得られ
る中間周波信号のもともとの周波数スペクトルを示して
いる。

Ｂは実際に得られる中間周波信号の周波数スペクトルで
ある。このように各光源に半導体レーザを用いている場
合には、そのＲ子過程の不均一性に起因して発振周波数
が変動するので、信号光及び局発光のスペクトル線幅が
拡がり、この結果干渉信号としての中間周波信号も信号
光及び局発光のスペクトルの拡がりと同等にゆらぐもの
である。

本実施例では、この中間周波１３号のゆらぎを周波数弁
別器１９により電圧信号に変換して、この信号にもとづ
いて局部発振′ａ２１を構成する半導体レーザの駆ｌＪ
電流をフィードバック制御するようにしているので、中
間周波信号はもともと有する周波数スペクトルへの如く
安定化され、その結果受信感度が向上するものである。

中間周波信号のゆらぎは、前述したように信号光及び局
発光のスペクトルの拡がりと同等であるので、局部発振
周波数制御回路２０を構成する増幅器の帯域は、送信光
源１３及び局部発Ｓ器２１の発振スペクトルの拡がりに
応じて設定することができ、例えばＤＦＢ−ＬＤの場合
には、この帯域は数１０１４１１２である。

尚、送信側における変調方式については特に限定されな
いが、信号をパルスの形で送るＰＣＭ伝送におイテは、
例えばＣＭ　１　（Ｃｏｄｅ　Ｍａｒｋ　１ｎｖｅｒ−
ｓｉｏｎ＞により符号化して、同一レベルの符号が連続
することをＩａす、搬送光の周波数スペクトルの近傍に
変調信号によるスペクトル成分がこないようにするのが
望ましい。これは、変調信号による中間周波数の本来の
変動をゆらぎとして検出して、門迩ったフィードバック
を行なうのを防止するためである。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、中間周波信号の
ゆらぎを検出して局発光にフィードバックづ“ることに
より中間周波信号を安定化させるようにしたので、局部
発＠器等の光源として、外部共振器等を用いて大型化し
た光源を用いなくても、通常の半導体レーザを使用して
十分な受信！ｓ瓜を得ることが可能になるという効果を
奏づる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の望ましい実施例を示１コヒ−レント
光通信システムのブロック構成図、第２図は、中間周波
信号のゆらぎを説明するための図、 第３図は、従来の局部発振器用光源の例を示す図、 第４図は、従来の局部発振器用光源の他の例を示ず図で
ある。 １．６・・・半導体レー會！、 ２・・・外部共成器、 ３・・・外部反射鏡、 ８・・・フ７ブリベ０−エタ０ン、 １０．１７・・・受光器、 １１・・・駆動電流制御回路、 １４．１６．２２・・・光ファイバ、 １５・・・光カブラ、 １８・・・復調回路、 １９・・・周波数弁別器、 ２０・・・局部発振周波数＆ｌＪＩＭ１回路、２１・・
・局部発振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 変調された信号光と局部発振器である半導体レーザから
   の出力光とを合成して受光器（１７）に入射させ中間周
   波信号に変換するようにしたコヒーレント光通信方式に
   おいて、 前記中間周波信号のゆらぎを検出して、 この検出信号にもとづいて前記半導体レーザの発振周波
   数が依存するパラメータをフイードバック制御するよう
   にしたことを特徴とするコヒーレント光通信方式。